6第六节：天然放射现象第六节天然放射现象白景曦（西北师范大学第一附属中学甘肃兰州 730070）摘要自然界存在的物质能够自发的放出射线，这种性质称为放射性；具有放射性的元素称为放射性元素。

放射性元素的原子核能够放出α粒子、β粒子和γ粒子而变成新的原子核，这种现象称为衰变。

衰变遵循的规律是：质量数守恒和电荷数守恒。

发生衰变的原因是原子核本身的性质决定的；衰变的快慢用半衰期来描述，半衰期由核内部本身的因素决定，与压力、温度和其他元素的化合无关。

放射性的应用主要有：利用放射性同位素放出的射线；利用放射性元素做示踪原子。

放射性的防护措施主要有：加厚的保护层。

关键词：天然放射现象衰变放射性的应用与防护教学设计：仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3 引言复习：1.原子核由什么组成？什么是核子？什么是核力？2.原子核的表示方法什么？质量数、质子数、中子数之间有什么关系？核电荷数、质子数、原子序数、核外电子数之间有什么关系？引入：通过上节课的学习我们知道原子核有复杂的结构，原子核能发生变化吗？如果能发生变化，变化的规律有哪些？本节课我们就来学习天然放射现象。

新课教学：一、天然放射现象1．天然放射现象1896年法国物物理学家贝克勒尔，在实验室无意把磷光物质放在包有黑纸的照相底片上，后来在使用这包照相底片时，发现照相底片已经感光，这一定是某种穿透能力很强的射线穿透黑纸式照相底片感光——思维敏捷的贝克勒尔抓住这一意外“事件”进一步探讨，发现了放射现象。

揭开了探索原子核结构的序幕。

皮埃尔·居里和玛丽·居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，发现了放射性极强的新元素：其中一种为了纪念她的祖国——波兰，而命名为钋（Po）；另一种命名为镭（Ra）。

物质发射射线的性质称为放射性；具有放射性的元素称为放射性元素；物质自发地放射出射线的现象，叫做天然放射现象；研究发现，原子序数大于83的所有元素都能自发的放出射线；原子序数小于83的有些元素，也具有放射性。

2．放射线的研究阅读课文P64、P67，并回答：研究三种射线的方法、三种射线的组成、性质。

小结：（1）研究三种射线的方法：利用电场和磁场、乳胶照相、威尔逊云室、气泡室、盖革—弥勒计数器等。

（2）三种射线的组成、性质仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢43．说明（1）原子放出α射线或β射线后，就变成另一种元素的原子核——发生了核反应，说明原子核还有其内部结构；通常γ射线是伴随着α射线或β射线放出的。

α射线或β射线不一定同时放出。

（2）放射性与元素存在的状态无关。

如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。

放射性反映的是元素原子核的特性。

二、衰变研究表明，原子序数大于83的所有元素都能自发的放出射线，而变成另一种元素的原子核，这种现象叫衰变。

1．概念：原子核由于放射出某种粒子而转变为新核的变化，叫做原子核的衰变。

在衰变中电荷数和质量数都守恒。

2．α衰变和β衰变原子核放出α粒子的衰变叫作α衰变；原子核放出β粒子的衰变叫作β衰变。

γ射线是伴随着α衰变或β衰变而产生的能量很高的电磁波。

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢5仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢63．核衰变方程某种放射性元素的原子核衰变时，放出的是α射线还是β射线，要通过实验观察来确定，而衰变过程可用核反应方程表示出来。

如，铀238核放出一个α粒子后，变成新核钍234核，这种衰变叫α衰变，这个过程可用下面的核反应方程表示出来：He ThU422349023892+→又如：钍234核具有放射性，它放射出一个β粒子，变成新核鏷234，这种衰变叫β衰变。

这个过程可用下面的核反应方程表示出来：e Th Th12349123490-+→小结：（1）写核反应方程的基本原则：以事实为依据；质量数守恒、电荷数守恒。

（2）α衰变方程和β衰变方程书写通式：He Y X A Z A Z 4242+→-- e YXA Z A Z 011-++→思考：原子核内没有电子，在β衰变中射出的电子从何而来呢？ β衰变发射出来的电子，是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子后，把产生的电子发射出来，这就是β衰变。

三、半衰期 放射性元素衰变有一个重要规律：即，放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间对某种元素的原11/21/4 1/8原样品量经一个半衰期的剩余量 经两个半衰期的剩余量 经三个半衰期的剩余量仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢7子核来说是一定的，这个时间较半衰期。

1．概念：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期。

如，氡222经过α衰变变为钋218，如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现，大约每经过3.8天，就有一半的氡发生了衰变。

2．公式τtN N )21(0=其中N 0为放射性元素原子核样品总数目，N 为经时间t 剩余的放射性元素的原子核数目，τ为该放射性元素的半衰期。

τtM M )21(0=其中M 0为放射性元素原子核样品总质量，M 为经时间t 剩余的放射性元素原子核的质量，τ为该放射性元素的半衰期。

3．说明（1）半衰期表示放射性元素衰变的快慢，由核本身的因素决定，与核所处的物理和化学状态无关。

（2）半衰期是对放射性元素的大量的原子核的统计结果，对只有少量原子核或几个原子核不适用。

（3）不同的放射性元素的半衰期不同，甚至差别非常大。

如，氡222衰变为钋218的半衰期是3.8天；镭226衰变为氡222的半衰期是1620年；鈾238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年。

四、放射性的应用和防止贝可勒尔为了试验放射线的性质，用试管装入含铀的矿物插在上衣口袋中被射线灼伤；居里夫人也因为长期从事放射性物质的寻找和放射线的研究工作，而导致身体虚弱过早的逝世。

据说，早期核物理学家多死于白血病（放射病）。

但是，现在放射线在工农业生产、医疗卫生等方面都有重要的应用。

（一）学生阅读P69，回答下列问题：1．什么是放射性同位素？为什么生产和科研中采用人造而非天然放射性物质？2．α、β、γ三种放射线对物质的作用各自有何突出特点？3．利用实例分别介绍三种放射线的应用并简要说明应用原理（或依据）。

4．什么是示踪原子，怎样理解示踪原子的作用？5．什么是放射性污染及放射性污染有什么可怕后果？6．哪些事件或事物会导致放射性污染？并请举出实例。

7．对放射性物质有哪些有效的防护措施？（二）组织课堂进行讨论和陈述1．放射性同位素有些元素的同位素具有放射性，叫做放射性同位素。

人工放射性的优点：半衰期短；放射性材料的放射强度容易控制等等。

解释：第一，人造放射性同位素可以通过核反应获得，下一节将学习“核反应”；第二，虽然放射性元素衰变的快慢由核内部因素决定，但可以控制材料中放射性同位素的含量。

）2．放射线的应用γ射线探伤仪可检查金属内部的损伤。

其物理依据是γ射线有很强的惯穿本领。

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢8解释：在“探伤”这个问题上，我们可能联想到“X射线探伤”和“超声波探伤”。

γ射线的穿透能力比X射线穿透能力更强，而且X射线不是原子核的放射线，其设备复杂庞大不易于室外应用，所以在探伤这方面的许多场合，现在多用γ射线探伤仪。

γ射线和X射线都是电磁波，而超声波则是机械波，在金属和许多物质中衰减很小，穿透能力甚至可达数米，探伤手段和前两者不同，所以超声波与γ射线应用场合不同。

α射线带电量和能量大，可使放射源周围的空气电离，变成导电气体从而消除静电积累。

应用时，可将α射线源安装在机器运转中会产生静电的适当部位。

放射线能引起生物体内DNA的突变。

这种作用可以应用在放射线育种、放射线灭害虫、放射作用保存食品以及医学上的“放疗”等等。

解释：放射线照射害虫会导致害虫不育，从而减少害虫数量，最终消灭害虫。

教材图22—10说明的是是放射线的作用抑制了马铃薯发芽生长。

而另外一种保存食品的原理是利用放射线可以杀死微生物的功能。

在医学上除了“放疗”外，“γ刀”治疗肿瘤上将其“烧死”。

把放射性同位素通过物理或化学反应的方式掺到其它物质中，然后用探测仪器进行追踪，以了解这些物质的运动、迁移情况。

这种使物质带有“放射性标记”的放射性同位素就是示踪原子。

解释：示踪原子的获得可用物理方法和化学方法。

化学方法的原理是同位素具有相同的化学性质。

在制造化合物时用适量的放射性同位素取代非放射性同位素，以后便可通过仪器探测跟踪该元素的“去向”。

示踪原子应用补充：除了课文中所讲用于农业科学和医学研究外，在工业中可以用以测定输油管中的流速，测定油管的漏油情况等；在生命科学中可仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢9仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢10用于环境监测，比如用示踪原子“跟踪”污水对海洋的污染，以便提供防治污染的原始资料和依据。

3．放射线的危害及防止危害：过量的放射线对人体内DNA 作用使之发生突变，造成对人体的伤害。

科研或生产中使用的放射源物质丢失、遗落，核爆炸、核电站泄露等都会导致放射性污染。

防止：不让射线辐射到空间。

核电站的反应堆外用厚厚的水泥包裹，防止射线外泄；正在使用的放射源放在很厚的重金属（如铅）盒（箱）内；在使用过程中，要用中金属板挡住不需要射线的地方。

生活中要尽量远离放射源。

巩固练习：1．天然放射性元素Th 23290（钍）经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb 20882（铅）。

下列论断中正确的是（ ）A ．铅核比钍核少24个中子B ．铅核比钍核少8个质子C ．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D ．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变解析：由和反应中质量数守恒电荷数守恒、且原子核的质量数等于其中子数和质子数之和得：铅核比钍核少8个质子，少16个中子。

设：发生了n 次α衰变m 次β衰变，则衰变方程可写为：e m Hen PbTh01422088223290-++→每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数减不变，电荷增加1。

则有：⎩⎨⎧+=-+=nm n 420623228290 解得：n=6，m=4。

选：B 、D2．若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则相同质量的A 和B ，经过20天后，剩下的质量之比m A :m B =( )A ．30:31B ．31:30C ．1:2D ．2:13．K －介子衰变的方程为：K －→π－＋π0，其中K －介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电。

一个K －介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径R K -与R π-之比为 2︰1。